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    純鐵板環保中氣體還原工藝研究

    / 作者: 來源: 日期:2021/2/4 13:47:52【

    純鐵板環保中氣體還原工藝研究:純鐵板Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">可以預計的方法是從煤基高爐-轉爐路線轉換到氣基直接還原-電爐路線??紤]通過高能鐵工藝(高能鐵是由特諾恩和達涅利共同開發的創新型希爾直接還原技術)用天然氣替代煤,在CCU可行的情況下將CO2排放量降低到50%或32%;利用可再生能源電解產生的氫氣還原鐵礦石,可以將碳足跡降低至1%左右。本文介紹了該技術方案、經驗和經濟效益。Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">純鐵板Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">無碳氫氣的制成,有不同的可用電解技術,如質子交換膜(PEM)、大氣堿性電解(AAE),其現有設備運行可生產高純度氫氣,電耗范圍3.8-4.6 kW/Nm3 H2、以及高溫電解(HTE),目前為采用蒸汽的小產量運行設備,功率單耗約為3.6 kW/Nm3 H2。更大的PEM和AAE模塊目前產能在4000 Nm3/h 的H2范圍內,足以支持運行產能約為40 000 - 50 000 t/a DRI的直接還原模塊,當然這取決于替代燃料的可用性。對于較大產能的直接還原廠 [1],按比例需要增加可用的制氫模塊。

    Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">純鐵板Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">采用氫氣還原鐵礦

    Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">純鐵板Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">氣體還原劑是CO、H2和兩者的混合物。氧化鐵還原熱力學主要處理氧化鐵、CO和H2之間的平衡,為這一過程的發生提供了可能。由吉布斯自由能(G°)表示:

    Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">純鐵板化學成分Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">Fe2O3 + 3H2 T 2Fe° + 3H2O DG° @900°C: -11.103,3 kJ/kg mol H2; DHrxn @900°C: +21.881,0 kJ/kg mol H2

    Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">Fe2O3 + 3CO T 2Fe° + 3CO2 DG° @900°C: -8.149,4 kJ/kg mol CO; DHrxn @ 900°C: -11.401,1 kJ/kg mol COArial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">如上所見,從熱力學而言,H2比CO更容易還原氧化鐵,這是因為吉布斯自由能的變化。另一方面,放熱或吸熱行為由相應反應的焓變(Hrxn)來表示。Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">純鐵板Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">僅用H2還原鐵礦石是一種高吸熱反應,在高溫下有利于還原,在低溫下需要較高的H2濃度。而用CO還原是一個放熱反應,在低溫、較低的CO濃度[2]有利于還原。然而,熱力學數據并不能提供還原反應發生速率的信息。這取決于反應動力學,而反應動力學是由當前的工藝條件決定的。這些工藝參數只能通過實驗測試來確定。Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">采用不同H2/CO比[3]的氣體動力學方法,研究了溫度對鐵礦石還原程度的影響。CO/H2比為1:0和0:1時,在900℃和1000℃兩種溫度下還原度的變化如圖2所示。一般來說,無論還原劑是H2還是CO,溫度越高還原過程越快。然而,H2對鐵礦石的還原速度是CO的4倍以上;也就是說,在1000℃下,對于H2,98%的還原發生在20分鐘內,而對于CO,83%的還原發生在60分鐘內。Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);">包括傳統的蒸汽/天然氣重整裝置,這在直接還原和制氫工廠中有數百個業績。目前有超過40家高能鐵工廠使用這種天然氣重整裝置。高能鐵工廠和直接還原技術的競爭者(Midrex)的典型生產特性參數。


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